Гимназијалци четврти разред: Лов на невидљиве честице

Лов на невидљиве честице

🌌 Да ли смо стално изложени невидљивим честицама?

Да ли сте свесни да сте непрестано „бомбардовани“ честицама?
Не можете их видети, чути, нити осетити — али оне су увек присутне око вас и пролазе кроз ваше тело.

Ове честице заједнички називамо позадинско зрачење. Неке од њих могу проћи кроз ваше тело без икакве интеракције, док друге могу изазвати мале промене у материји.

У овом пројекту направићете комору за облак и сопственим очима „ухватити“ трагове ових невидљивих честица. Затим ћете испитивати да ли се позадинско зрачење у вашем окружењу појављује насумично.

---

⚛️ Шта је позадинско зрачење?

Позадинско зрачење представља сва јонизујућа зрачења која постоје у нашем окружењу.

Јонизујуће значи да ове честице или таласи имају довољно енергије да:

• избаце електрон из атома
• или додају електрон атому

На тај начин мењају структуру материје кроз коју пролазе.

---

🔬 Које честице чине ово зрачење?

Позадинско зрачење чине различите честице, као што су:

• фотони
• електрони
• протони
• неутрони
• миони
• алфа честице
• неутрини

Све ове честице могу, при судару са атомима, изазвати јонизацију.

---

☄️ Одакле долази позадинско зрачење?

Постоје два главна извора:

1. Космичко зрачење (из свемира)

Земља је стално изложена високоенергетским честицама које долазе:

• из дубоког свемира
• са Сунца (нпр. током соларних бакљи)

Ове честице у атмосфери стварају секундарне честице (нпр. мионе), које стижу до површине Земље.

---

2. Зрачење са Земље

Радиоактивни материјали се налазе свуда око нас:

• у земљишту (калијум, уранијум, торијум)
• у ваздуху (радон)
• у живим организмима (угљеник-14)

Ови материјали спонтано и насумично емитују честице у свим правцима.

---

🧪 Шта ћете истражити?

Користећи комору за облак, покушаћете да одговорите на питање:

👉 Да ли је позадинско зрачење у нашем окружењу заиста насумично?

У овом пројекту честице ћете сврстати према правцу кретања: вертикалне, хоризонталне и оне под углом. Да ли очекујете да неки правац буде чешћи?

Иако позадинско зрачење не можемо директно да опазимо, његово постојање откривамо помоћу коморе за облак. Као што ветар закључујемо по кретању лишћа, тако честице откривамо по траговима које остављају.

Комора садржи презасићену пару (алкохола или воде). Када кроз њу прође наелектрисана честица, она јонизује молекуле и за собом оставља „пут“ јона. На тим местима пара се кондензује у ситне капљице — и тако настаје видљив траг.

У пракси, у комори ћете најчешће уочити трагове миона и понеких електрона, јер они могу да продру кроз зидове коморе и довољно јонизују средину.

Ваш задатак је да посматрате те трагове и утврдите да ли се појављују случајно или постоји неки образац у њиховом правцу и учесталости.

Материјали и опрема

• Провидна пластична чаша са поклопцем, као што је чаша за деликатесе (приближно 8 cm висине и 9 cm пречника је величина која добро одговара, али сличне величине такође одговарају). Прилагодите назначене количине ако користите већу чашу.
• Дебели филц (15 x 15 cm). Прилагодите величину квадрата ако користите много већу шољу.
• Маркер или оловка са танким врхом
• Маказе
• Мала количина пластелина или глине за моделирање (величине лоптице за пинг-понг — прилагодите количину ако користите већу шољу).
• Црни папир за цртање (1 лист)
• Лепак или трака
• Соба која се може замрачити
• Заштитне рукавице (за руковање сувим ледом)
• Заштитне наочаре или заштитне наочаре
• Блок сувог леда (око 1 kg). Може се наћи у Messer Tehnogas - Ljubomira Nenadovića 2. Понесите (малу) изолациону кутију или кесу за чување сувог леда на путу кући. Добро се чува у затвореном хладњаку или замрзивачу. Приликом транспорта сувог леда, не заборавите да га ставите у посуду са поклопцем који се затвара како би се спречило испаравање, али немојте затварати суви лед у херметички затвореној посуди јер то може проузроковати накупљање гаса што може довести до експлозије. Увек носите заштитне рукавице када рукујете сувим ледом. Понесите рукавице у продавницу.
• Плех за печење. Плех мора бити већи од провидне пластичне чаше.
• Чекић
• Изопропил алкохол 91% или више (40 ml). Доступан у добро опремљеним апотекама
• Капаљка за очи
• ЛЕД батеријска лампа или лампа са јаким снопо
• Помоћник 

• Припремите облачну комору

• У првом делу овог научног пројекта, припремићете своју комору за облачење како бисте могли да истражите позадинско зрачење око себе.

1. Исеците комад филца који ће стати на дно ваше шоље. Филц ће задржати алкохол.
1. Поставите шољу на квадрат филца (дно надоле, поклопац нагоре).
2. Користите маркер или оловку са танким врхом да оцртате дно шоље на филцу.
3. Исеците кружни део који сте нацртали од већег квадрата филца.
4. Поставите филц на унутрашње дно пластичне чаше.
2. Обликујте и користите пластелин или глину за моделирање да бисте држали филц на дну шоље.
1. Разваљајте глину (или пластелин) у дугачак, танак (пречника око 0,5 цм) конопац довољно дугачак да се постави по ободу унутрашњег дна шоље.
2. Поставите глинену ролну око ивице филца у шољи и гурните је тако да глина држи филц на месту, као што је приказано на слици 3.
3. Проверите да ли филц остаје на месту тако што ћете окренути шољу наопачке.

3. Користите црни папир за цртање да направите црну позадину која ће стати унутар поклопца шоље. Када је магловита комора завршена, шоља ће бити окренута наопачке, тако да ће црна позадина бити на дну. То је зато што ће трагови честица бити видљивији на црној позадини.
1. Исеците круг величине унутрашњости поклопца шоље од црног папира за конструкцију.
2. Покријте унутрашњост поклопца кругом црног папира за цртање. Користите лепак или траку да бисте залепили папир за њега.
4. Затворите шољу, окрените је наопачке (да се ослања на обод) као што је приказано на слици 4, и ето је ваша комора за маглу! За објашњење како се користи, погледајте следећи одељак.
   
   
   

Посматрање позадинског зрачења

Сада када сте припремили своју комору за маглу, можете је напунити презасићеном паром и користити је за детекцију позадинског зрачења у вашем окружењу. Ваше посматрање би требало да траје око 10 минута; може бити и дуже ако ваша комора и даље производи лепе јасне трагове. Оставите око сат времена да завршите пројекат, јер може потрајати неко време пре него што добијете одговарајуће окружење презасићене паре и трагове у комори, што вам омогућава да започнете са посматрањима.

Своја запажања забележите у табелу која је дата на крају овог документа!

Класификујте трагове које видите у зависности од њиховог нагиба у односу на вертикалну и хоризонталну раван:

§  Хоризонталне пруге: пруге са релативно малим нагибом у односу на хоризонталну раван.

§  Вертикалне пруге: пруге са релативно малим нагибом у односу на вертикалну осу.

§  Косе пруге: пруге које нису ни вертикалне ни хоризонталне.
Напомена: Нећете моћи тачно да измерите угао нагиба. Ваша најбоља процена ће бити довољна за овај пројекат. Слика  приказује како се класификују пруге.

ü  Како класификовати трагове у три групе, у зависности од њиховог нагиба у односу на вертикалну и хоризонталну раван. Конуси означавају област у којој се траг класификује као вертикалан (мали унутрашњи конус), коси (широки конус, али не у најмањем конусу) или хоризонталан (ван конуса).

ü  Одвојите тренутак да размислите шта очекујете да видите.

ü  Да ли очекујете да се трагови појављују насумично у свом правцу или да поприме одређени нагиб?

ü  Да ли очекујете да се нумере појављују насумично током времена?

ü  Изаберите окружење које се може замрачити (може бити унутра или напољу) и даље од било ког извора топлоте. Заједно са својом комором за облачење, понесите са собом све материјале наведене испод „Просторија која се може замрачити“ у списку материјала.

ü  Направите слој од малих комадића сувог леда за своју комору за облак.

ü  Ставите заштитне рукавице и наочаре или заштитне наочаре да бисте руковали сувим ледом.

ü  Ставите суви лед на плех и здробите га чекићем на мале комадиће. Мањи комадићи стварају равномернији контакт са поклопцем ваше шоље и избегавају релативно хладнија и топлија места у комори за маглу током експеримента.

ü  Можете скинути рукавице, али имајте на уму да ће се плех охладити — заиста охладити. Избегавајте да га додирујете голом кожом.

ü  Натопите филц изопропил алкохолом користећи капалицу за очи.

ü  Иако не би требало да филц буде потпуно мокар, важно је да га темељно натопите.

ü  Заробите алкохолну пару унутар хладне коморе тако што ћете брзо затворити поклопац шоље.

ü  Окрените чашу наопачке на суви лед. Ваша поставка би сада требало да изгледа слично оној на слици 

 У вашој поставци коморе за маглу, шоља треба да буде постављена наопачке на слој уситњеног сувог леда који сте направили на плеху за печење.

ü  Загрејте шољу тако да изопропил алкохол испари и створи фину пару у комори

ü  Поставите длан на врх обрнуте шоље да бисте загрејали филц натопљен алкохолом.

ü  Савет : Постепено испаравање алкохола најбоље функционише, зато не стављајте нешто топлије од ваше руке на комору за маглу.

ü  Угасите светла и осветлите комору за маглу батеријском лампом. Почните да тражите трагове, али имајте на уму да може потрајати од неколико минута до 20 минута да бисте видели било какве трагове, тако да ћете можда морати бити стрпљиви. Када почнете да видите трагове, пређите на следећи корак, где ћете почети да бележите своја запажања.

ü  Стварање алкохолне паре је неопходно да би се видели трагови. Алкохолну пару нећете видети одмах — биће видљива тек када се кондензује у микроскопске капљице, формирајући маглу. У зависности од величине ваше коморе и специфичности вашег окружења, може бити потребно од неколико минута до 20 минута да бисте видели танку маглу алкохолне паре, зато будите стрпљиви.

ü  Иако може потрајати неколико минута да се алкохолна пара формира, можете почети да покушавате да видите трагове тако што ћете држати батеријску лампу под углом од 45 степени у односу на плех за печење, као што је приказано на слици 7 лево.

ü  Као што је приказано на слици 7 десно, експериментишите држећи батеријску лампу у положају 2 сата ако посматрате из положаја 9 сати. Можда ћете морати да експериментишете са овим предложеним положајима. Идеја је да се светлост рефлектује од капљица, али да се елиминише сваки одсјај. Поред тога, понекад су идеални услови за презасићеност испуњени само у одређеним деловима коморе за маглу. Најбоље место за посматрање трагова је тамо где видите танку маглу, чија појава може трајати и до 20 минута.

ü  Ови цртежи илуструју препоручени положај посматрача и батеријске лампе у односу на мутну комору ради постизања добрих посматрања.

ü  Препоручује се (али није обавезно) да држите руку на врху коморе за маглу како бисте је мало загрејали.

ü  Када почнете да видите трагове, пређите на корак 10 да бисте почели да бележите своја запажања.

ü  Ако не видите никакве трагове у року од 30 минута, можда немате одговарајуће услове у вашој комори за мутну материју. Пре него што поново почнете, процените следећа питања и видите шта бисте могли другачије да урадите:

ü  Да ли је филц добро натопљен алкохолом када сте почели, без вишка алкохола који је капао са стране?

ü  Да ли је комора за маглу добро затворена или може да излази пара? Ако пара излази, затворите отвор и покушајте поново.

ü  Да ли има довољно сувог леда да дно ваше коморе буде хладно? Слика  вам може помоћи у процени. Имајте на уму да се испод коморе (између коморе и плеха) налази слој сувог леда, као и око ивица коморе (видљиво на слици .

ü  Да ли сте загрејали врх коморе дланом? Брже загревање много топлијим извором топлоте или недовољно загревање резултираће неисправном комором за маглу.

ü  Да ли је ваша батеријска лампа довољно јака да осветли комору?

§  Да ли сте покушали да позиционирате себе и извор светлости под различитим угловима?

§  Ако сте покушали да подесите све ове променљиве и даље имате проблема са приказивањем трагова, почните поново.

ü  Када уочите трагове, замолите свог помоћника да вам помогне да забележите шта посматрате.

o   Реците свом помоћнику да ли је трака мање-више хоризонтална, мање-више вертикална или нагнута (мање-више под углом од 45 степени) у односу на плех за печење.

o   Помоћник треба да забележи број трагова које сте приметили тако што ће их пребројати у одговарајућем пољу у табели са подацима (слично Табели 1) у вашој лабораторијској свесци.

o   Престаните са посматрањем када трагови постану бледи. То ће се вероватно десити након отприлике 10 минута.

o   Упалите светло и одморите се — већ неко време сте се фокусирали!

ü  У својој лабораторијској свесци, забележите још неке опште утиске о својим запажањима:

o   Да ли бисте рекли да су се нумере појављивале насумично у времену (на пример, у 1 секунди, затим у 3 секунде, затим у 10 секунди итд.) или у правилном временском интервалу (на пример, сваких 5 секунди).

o   Да ли су неке/већина/све пруге биле праве пруге? Или закривљене пруге или спиралне? Да ли сте приметили друге конфигурације?

o   Да ли је постојала разлика у дебљини трагова? Да ли су неки били јасни, а други бледи?

o   Има ли још неких запажања која су вам привукла пажњу?

ü  Очистите или се припремите за још једно посматрање ако је потребно или желите да поновите овај експеримент.

o   Можете оставити суви лед да испари на топлијем ваздуху или га бацити у судоперу. Али ставите заштитне рукавице да бисте држали плех за печење, јер ће бити хладан.

ü  Препоручује се да се трагови посматрају најмање три пута. Можете да промените доба дана да бисте видели да ли се позадинско зрачење разликује у различито доба дана. Имајте на уму да, да бисте донели закључке о тренду, можда ћете морати да извршите још неколико посматрања.

ü  Завршите запажања и анализирајте резултате.

o   У табели података израчунајте укупан број нумера и запишите то у крајњу десну колону табеле података.

o   Шта вам говоре ваши подаци? Да ли постоји образац или доследност у угловима под којима видите трагове? Да ли запажања подржавају или противрече вашем знању о позадинском зрачењу? Да ли имате довољно података да извучете закључке?

ü  Након додатног проучавања позадине, могли бисте закључити да су трагови које видите у комори највероватније миони са можда повременим електроном. Остале честице позадинског зрачења које стигну до површине Земље или неће продрети кроз пластику шоље (нпр. алфа честице) или ће пролетети кроз њу без икакве интеракције са паром у комори (нпр. неутрини).

ü  Овај закључак можда неће важити ако експеримент спроводите у близини јаког радиоактивног извора — што не препоручујемо из безбедносних разлог

🔬 Задатак 2

·  Разлике по спратовима
Упоредите подрум, приземље и спрат.
👉 Како се резултати мењају и шта то говори о изворима зрачења?

·  Утицај материјала (заштита)
Покријте део коморе различитим материјалима (нпр. алуминијумска фолија, картон).
👉 Да ли се број трагова смањује? Који материјал највише утиче?

Одговори на питања:

⚛️ Физика – разумевање појаве

1. Шта су трагови које видите у комори и како настају?
2. Зашто не можемо директно видети честице, већ само њихове трагове?
3. Зашто су неки трагови прави, а неки кратки или закривљени?
4. Из ког правца најчешће долазе честице и зашто?
5. Зашто већина материјала слабо утиче на број уочених трагова?

---

🧍‍♀️ Здравље – утицај на човека

6. Да ли позадинско зрачење представља опасност по здравље? Објасни.
7. Који су природни извори зрачења којима је човек свакодневно изложен?
8. У којим ситуацијама зрачење може постати штетно?
9. Зашто је важно контролисати изложеност зрачењу у медицини (нпр. снимања)?
10. Како се можемо заштитити од повећаног зрачења у свакодневном животу?

---

🌍 Животна средина – шири контекст

11. Зашто се ниво позадинског зрачења разликује од места до места?
12. Како надморска висина утиче на количину зрачења?
13. Коју улогу имају природни материјали у земљишту (нпр. радон)?
14. Да ли људске активности могу повећати ниво зрачења у животној средини? Наведи примере.
15. Зашто је важно пратити и мерити зрачење у околини?

---

🔗 Повезивање и закључивање

16. Како резултати вашег експеримента потврђују да је зрачење свуда око нас?
17. Да ли су ваши резултати више случајни или показују неки образац? Објасни.
18. Како бисте повезали овај експеримент са свакодневним животом?
19. Шта вас је највише изненадило током посматрања?
20. Које ново питање бисте поставили након овог експеримента?

 

⚠️ Безбедност и руковање сувим ледом

1. Рад у присуству одрасле особе

• Увек радите само ако је поред вас одрасла особа.
• Одрасли помаже у руковању и праћењу експеримента.

2. Руковање сувим ледом

• Сув лед је веома хладан (-78°C) – користите рукавице.
• Не додирујте сув лед голим рукама.
• Не стављајте сув лед у уста или на кожу – може изазвати озледе.
• Не удишите директно гас CO₂ – радите у добро проветреној просторији.

3. Током експеримента

• Ставите сув лед само у комору или посуду.
• Не бацајте сув лед на под, намештај или у канализацију.
• Пазите да светлост и посматрање коморе нису блокирани.

4. Након експеримента

• Не затварајте сув лед у затворену посуду – притисак може да разбије посуду.
• Оставите да сув лед испари у добро проветреној просторији.
• Увек користите рукавице и наставите у присуству одрасле особе.

Рок за предају радова је 19.април 2026.

Извор: sciencebuddies

ТАБЕЛА за бележење резултата

Временски интервал	Хоризонтална стаза	Вертикална стаза	Коса стаза	Укупан број трагова (без обзира на смер)
Укупно